CN103760414B - 基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法 - Google Patents

Abstract

基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，包括采集过程和运算过程，所述采集过程包括至少两个计数单元，所述采集过程为：输入被采集信号，直到连续出现两个ARS均合法的计数单元，记录该两个计数单元的T分别为T1和T2，根据T1和T2计算出被采集信号的测量频率F0；重复多次上述采集过程；所述运算过程为：对多次采集过程中得到的F0进行算法滤波，得到被采集信号的滤波频率。本发明还公开了一种基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集装置。采用本发明所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法及装置，采用低通滤波方式，有效的抵御了高频干扰脉冲对计数器的干扰，提高了频率测量精度。

Description

基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法

技术领域

本发明属于电子通信领域，涉及一种信号采集方法及装置，特别是一种基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法及装置。

背景技术

在现如今对与脉冲输出传感器的频率采集，主要使用脉冲计数方法。本方法最大的问题在于脉冲计数频率与采集频率发生重合时会产生计数多1少1问题，并且现有的脉冲计数方法易受干扰，在被测方波信号上上叠加干扰脉冲时，脉冲计时器会对干扰脉冲的边沿也进行计数，使得计数发生偏差。

虽然可以通过进行大量采集来减少误差，但同时又会产生测量实时性差等问题，并且在大量采集的过程中，干扰仍然可能持续存在，因此通过大量采集减轻干扰带来的影响，效果并不理想。

如图1所示，横坐标表示时间，纵坐标表示信号电压，假设脉冲计数器采集信号上升沿，在图1中，在正常脉宽的低电平时间段内，出现了一个高频干扰脉冲，虽然干扰脉冲宽度很窄，但频率仍然低于脉冲计数中的计时器时钟频率，干扰脉冲具备完整陡峭的上升沿和下降沿，因此干扰脉冲的上升沿仍然被计数，最终的计数结果由于该干扰脉冲的存在而增加了1，在整个计数周期内，出现多个干扰脉冲，则计数结果的误差相应的变大，根据计数结果计算出的频率显然是不准确的。

发明内容

为克服现有脉冲频率采集方法容易发生计数不准确，抗干扰能力差的技术缺陷，本发明公开了一种基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法及装置。

本发明所述基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，包括采集过程和运算过程，所述采集过程包括至少两个计数单元，所述计数单元包括如下步骤：S1边沿检测模块检测被采集信号的跳变边沿并记录信号跳变边沿时刻T，同时输出边沿触发信号到间隔计时器；S2所述间隔计时器接收到边沿触发信号后，开始计时，DT时刻后输出检测使能信号到电平检测模块，所述DT为预先设定的延时；S3所述电平检测模块接收到检测使能信号后，检测被采集信号的电平状态，并输出判断信号ARS到计算装置；

步骤S3的判断依据为：检测时，电平状态与步骤S1中跳变后的电平状态逻辑含义一致；

所述采集过程为：输入被采集信号，直到连续出现两个ARS均合法的计数单元，记录该两个计数单元的信号跳变边沿时刻T分别为T1和T2，根据T1和T2计算出被采集信号的测量频率F0；重复多次上述采集过程；

所述运算过程为：对多次采集过程中得到的F0进行算法滤波，得到被采集信号的滤波频率。

优选的，所述DT为被采集信号周期的5%-15%。

具体的，所述间隔计时器的频率为72MHz。

优选的，所述算法滤波为均值滤波或中值滤波。

优选的，所述步骤S2中，还包括至少一次重复检测过程，所述重复检测过程为：

间隔计时器接收到边沿触发信号后，开始计时，DT1时刻后输出检测使能信号到电平检测模块，所述DT1为预先设定的重复检测延时，且DT1大于DT。

进一步的，所述DT为被采集信号周期的5%-10%。

进一步的，所述步骤S2中包括仅一次重复检测过程，且DT1=2DT。

本发明还公开了一种基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集装置，其特征在于，包括边沿检测模块、间隔计时器、电平检测模块、存储器及计算装置；

所述边沿检测模块的信号输出端与间隔计时器控制端连接，数据输出端与存储器连接；

所述间隔计时器的信号输出端与电平检测模块的控制端连接；

所述电平检测模块、存储器输出端均与计算装置连接。

采用本发明所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法及装置，采用低通滤波方式，有效的抵御了高频干扰脉冲对计数器的干扰，提高了频率测量精度，本算法可抵御电源以及其它因素所带来的差模干扰，电磁干扰，高频脉冲干扰等问题。高效可靠的进行实时采集。本发明可应用于脉冲传感器采集瞬时脉宽问题，为汽车在行驶过程中瞬时速度提供有力依据。

附图说明

图1为传统频率采集时，干扰脉冲对采集的影响示意图；

图2为本发明中边沿检测和电平检测的时序示意图；

图3示出本发明算法的一种具体实施方式。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，包括采集过程和运算过程，所述采集过程包括至少两个计数单元，所述计数单元包括如下步骤：

S1边沿检测模块检测被采集信号的跳变边沿并记录信号跳变边沿时刻T，同时输出边沿触发信号到间隔计时器；

S2所述间隔计时器接收到边沿触发信号后，开始计时，DT时刻后输出检测使能信号到电平检测模块，所述DT为预先设定的延时；

S3所述电平检测模块接收到检测使能信号后，检测输入信号的电平状态，并输出判断信号ARS到计算装置；

步骤S3的判断依据为：检测时，电平状态与步骤S1中跳变后的电平状态逻辑含义一致；

所述采集过程为：输入被采集信号，直到连续出现两个ARS均合法的计数单元，记录该两个计数单元的信号跳变边沿时刻T分别为T1和T2，根据T1和T2计算出被采集信号的测量频率F0；重复多次上述采集过程；

所述运算过程为：对多次采集过程中得到的F0进行算法滤波，得到被采集信号的滤波频率。

所谓跳变边沿为信号电平发生转换的时刻，分为信号从低电平转换为高电平的上升沿和从高电平转换为低电平的下降沿。以检测上升沿为例，S1步骤中检测被检测信号的上升沿，检测到上升沿之后，立即开启间隔计时器，开始S2步骤中的间隔计时，上升沿之后的DT时刻，间隔计时器输出检测使能信号，检测被采集信号的电平状态，电平状态与步骤S1中跳变后的电平状态逻辑含义一致。例如对上升沿，步骤S1中跳变后的电平状态为高电平，则在DT时刻后，检测到的被检测信号也是高电平，输出合法的判断信号ARS。

采集过程中，连续出现两个ARS均合法的计数单元，记录该两个计数单元的信号跳变边沿时刻T分别为T1和T2，根据T1和T2计算出被采集信号的测量频率F0。

T1和T2对应两个连续周期的上升沿时刻，则T1和T2之差为一个完整的信号周期，得到T1和T2，则可以得到被采集信号的频率F0=1/（T2-T1）。

本发明的抗干扰原理在于：假设如图1所示，在低电平时间段出现一个干扰脉冲，边沿检测模块检测到干扰脉冲的上升沿，间隔计时器计时DT后，电平检测模块检测检测信号电平状态，由于干扰脉冲出现在低电平时间段，DT时间后检测到的电平状态仍然为低电平，此时则判断该上升沿为干扰脉冲产生，输出表示非法的ARS判断信号。

DT时间的宽度决定了本发明能滤掉的干扰脉冲频率上限，显然，当干扰脉冲的宽度大于DT时，在上升沿和电平检测时均为高电平，将输出合法的ARS信号，因此DT不能过窄，否则多数干扰脉冲都不能滤除，但DT显然不能过宽，DT宽度太宽，则对发生在靠近正常上升沿的干扰脉冲，DT时间后，检测时间点已经位于被采集信号的正常高电平时间段内，此时仍然会输出合法的ARS信号，而上述两种DT过宽和过窄的情况下，都不能得到正常的上升沿时刻。优选的DT时间长度应该取在被采集信号周期的8%-15%。

重复多次上述采集过程后，对多次采集过程中得到的F0进行算法滤波，得到被采集信号的滤波频率，所述算法滤波为均值滤波或中值滤波。

中值滤波、均值滤波是本领域内应用较普遍的典型滤波算法，中值滤波、均值滤波的处理机制都是以每个点值周围的值取平均值后替代该点值，从而消除孤立的噪声点。

本发明在具体实施时，算法滤波采用分段滤波算法，当输入信号频率Freq<20Hz时可以无需滤波，在20Hz<Freq<100Hz取三次采集求平均值，当Freq﹥100Hz时可以取十次采集进行排序得到F00，F01…F09，对中间部位的6个数值F02到F07进行平均。得到的平均值作为最后采集值。

如前所述，本发明中，在DT时间较窄时，只要该干扰脉冲的高电平时间大于DT，则不能判断出为干扰脉冲，而增大DT时间，又不能识别出靠近正常上升沿的干扰脉冲，为此，本发明提供一种优选的实施方式，所述步骤S2中，还包括至少一次重复检测过程，所述重复检测过程为：

间隔计时器接收到边沿触发信号后，开始计时，DT1时刻后输出检测使能信号到电平检测模块，所述DT1为预先设定的重复检测延时，且DT1大于DT，如图2所示，在上升沿触发间隔计时器后，在DT、DT1时刻均对电平状态进行检测，两次均为高电平时，才输出合法的ARS判断信号。该方式在DT小时，可以通过DT1拓展检测宽度，同时对靠近正常上升沿的干扰脉冲，由于DT较小，同样可以对干扰脉冲进行识别。此时DT一般设置在被采集信号周期的5-10%较小范围内，通过更大的DT1扩展检测带宽，DT1相对DT的递增时间长度可以设置为与DT相等，即DT1=2DT。还可以通过继续增加重复检测过程的次数继续扩展滤波的下限。

上述具体实施方式中，均以上升沿为例进行描述，实际应用中，根据本发明所述的上升沿实现方式，本领域技术人员可以无障碍的实现下降沿检测并实现本发明的发明目的。

能够实现本发明上述方法的装置包括边沿检测模块、间隔计时器、电平检测模块、存储器及计算装置；所述边沿检测模块的信号输出端与间隔计时器控制端连接，数据输出端与存储器连接；所述间隔计时器的信号输出端与电平检测模块的控制端连接；所述电平检测模块、存储器输出端均与计算装置连接。

上述模块可以采用编写软件程序写入存储设备，并依赖于中央处理器和储存有该软件程序的存储设备联合实现，如图3给出本发明软件体现的一种具体实施方式，计数器开启后等待脉冲信号输入，检测到上升沿时，间隔计数器触发电平检测，若电平检测状态中输出合法的判断信号，则继续下一计数单元，若得到连续两个判断信号均合法的计数单元输出的上升沿检测时间

Value1,Value2时，对Value1－Value2进行计算，储存结果后将值清零，若连续两个计数单元中，任一判断信号不合法，均对Value1,Value2清零并重新开始计数。

采用本发明所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法及装置，采用低通滤波方式，有效的抵御了高频干扰脉冲对计数器的干扰，提高了频率测量精度，本算法可抵御电源以及其它因素所带来的差模干扰，电磁干扰，高频脉冲干扰等问题。高效可靠的进行实时采集。本发明可应用于脉冲传感器采集瞬时脉宽问题，为汽车在行驶过程中瞬时速度提供有力依据。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，其特征在于，包括采集过程和运算过程，所述采集过程包括至少两个计数单元，所述计数单元包括如下步骤：

S1边沿检测模块检测被采集信号的跳变边沿并记录信号跳变边沿时刻T，同时输出边沿触发信号到间隔计时器；

S2所述间隔计时器接收到边沿触发信号后，开始计时，DT时刻后输出检测使能信号到电平检测模块，所述DT为预先设定的延时；

S3所述电平检测模块接收到检测使能信号后，检测被采集信号的电平状态，并输出判断信号ARS到计算装置；

步骤S3的判断依据为：检测时，电平状态与步骤S1中跳变后的电平状态逻辑含义一致；

所述采集过程为：输入被采集信号，直到连续出现两个ARS均合法的计数单元，记录该两个计数单元的信号跳变边沿时刻T分别为T1和T2，根据T1和T2计算出被采集信号的测量频率F0；重复多次上述采集过程；

所述运算过程为：对多次采集过程中得到的F0进行算法滤波，得到被采集信号的滤波频率；

所述DT为被采集信号周期的5%-15%。

2.如权利要求1所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，其特征在于，所述间隔计时器的频率为72MHz。

3.如权利要求1所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，其特征在于，所述算法滤波为均值滤波或中值滤波。

4.如权利要求1所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，其特征在于，所述步骤S2中，还包括至少一次重复检测过程，所述重复检测过程为：

间隔计时器接收到边沿触发信号后，开始计时，DT1时刻后输出检测使能信号到电平检测模块，所述DT1为预先设定的重复检测延时，且DT1大于DT。

5.如权利要求4所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，其特征在于，所述DT为被采集信号周期的5%-10%。

6.如权利要求4所述的基于抗干扰低通滤波的低速脉冲周期采集方法，其特征在于，所述步骤S2中包括仅一次重复检测过程，且DT1=2DT。